Способ работы двигателя внутреннего сгорания
Владельцы патента RU 2377423:
Открытое акционерное общество холдинговая компания "Коломенский завод" (RU)
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению. Техническим результатом является снижение токсичности продуктов сгорания. Сущность изобретения заключается в том, что снижение вредных выбросов с отработавшими газами, включая снижение выбросов оксидов азота, окиси углерода, углеводородов и дыма при двухфазной подаче топлива, обеспечивается посредством снижения максимальной скорости горения в центральной фазе процесса сгорания и относительным повышением скорости горения в заключительной фазе процесса. Это осуществляется путем впрыска основной части цикловой подачи (90-92%) в первой фазе впрыска. Впрыск производят в такой фазе поворота коленчатого вала, которая в сочетании с количеством впрыскиваемого топлива обеспечивает достижение максимальной скорости горения в фазе, соответствующей 15-18° поворота коленчатого вала за верхнюю мертвую точку. Впрыск второй порции, составляющей 8-10% цикловой подачи, производится в заданной фазе конечной стадии процесса сгорания. 1 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению.
Способ работы двигателя внутреннего сгорания с объемным смесеобразованием и воспламенением от сжатия, включающий двухфазную подачу топлива и его воспламенение, характеризуется тем, что снижение содержания вредных выбросов с отработавшими газами обеспечивается такой организацией двухфазного впрыска топлива, при которой первая фаза составляет основную часть цикловой подачи, а вторая меньшая часть цикловой подачи впрыскивается в заданной фазе процесса горения.
Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания (патент RU 2164300 С2, кл. F02В 3/12) с объемным смесеобразованием и воспламенением от сжатия, включающий двухфазную подачу топлива с количеством топлива в первой пилотной фазе, достаточным для воспламенения топлива второй основной фазы, при этом ввод второй порции топлива обеспечивает максимальную скорость горения с момента, соответствующего 10÷15° поворота коленчатого вала за верхнюю мертвую точку, а завершается процесс горения не позднее 40÷60° поворота коленчатого вала за верхнюю мертвую точку.
Основным назначением данного способа работы двигателя является снижение выбросов оксидов азота за счет снижения максимальной температуры процесса горения.
Предлагаемый согласно настоящему изобретению способ работы двигателя внутреннего сгорания позволяет обеспечить снижение выбросов как оксидов азота, так и окиси углерода, углеводородов и дыма, по крайней мере в ограниченной области режимов работы двигателя за счет организации процесса горения, отличается снижением максимальной скорости тепловыделения в центральной фазе процесса горения и относительным повышением ее в более поздней фазе, с началом относительного повышения скорости горения, смещенным относительно фазы максимальной скорости горения на 8÷10° поворота коленчатого вала в направлении его вращения, что обеспечивается посредством впрыска топлива в две фазы, при этом впрыск первой основной порции топлива, составляющей 90÷92 процента от цикловой подачи, производится в фазе, обеспечивающей достижение максимальной скорости горения в момент, соответствующий 15÷18° поворота коленчатого вала за верхнюю мертвую точку, а фаза впрыска второй порции топлива, составляющей соответственно 8÷10 процентов цикловой подачи, смещена относительно фазы максимальной скорости горения на 6÷8° поворота коленчатого вала в направлении его вращения.
На чертеже приведены диаграммы впрыска и характеристик тепловыделения, а именно количества выделенного тепла (X) и скорости тепловыделения (dX/dφ), характерные, например, для режима полной мощности среднеоборотного двигателя внутреннего сгорания с цилиндровой мощностью 200 кВт, при организации способа его работы по трем вариантам, а именно:
а) с впрыском в одну фазу;
б) с впрыском в две фазы с первой пилотной фазой, составляющей 15 процентов цикловой подачи;
в) согласно настоящему изобретению, с впрыском в две фазы, с количеством топлива в первой основной фазе 91 процент цикловой подачи.
Из сравнения приведенных на чертеже диаграмм видно, что при способах работы двигателя с обоими вариантами двухфазного впрыска (варианты «б» и «в»), по крайней мере, в связи с впрыском в основной фазе только части цикловой подачи, максимальное давление впрыска ниже на величину соответственно δ1 и δ2, а максимальная скорость сгорания ниже на величину соответственно δ3 и δ4, чем при способе с впрыском в одну фазу (вариант «а»). Это обстоятельство обуславливает определенные возможности обоих способов с двухфазным впрыском в части снижения образований и выброса с отработавшими газами двигателя оксидов азота за счет снижения максимальной температуры цикла горения.
При способе работы двигателя согласно настоящему изобретению (вариант «в») посредством соответствующего опережения впрыска (φоп) и соответствующего количества топлива, впрыскиваемого в первой фазе, а именно 90÷92 процента цикловой подачи, обеспечивается такая динамика процесса сгорания, при которой максимальная скорость сгорания достигается в фазе (Е), смещенной относительно ВМТ в направлении вращения коленчатого вала на угол (Г), равный 15÷18°, а после начала интенсивного снижения скорости горения, после поворота коленчатого вала за фазу (Е) на угол (Д), равный 6÷8°, осуществляется впрыск второй порции топлива, составляющей 8÷10 процентов цикловой подачи.
Введение в процесс горения этой порции топлива, а также определенный ее гомогенизирующий эффект, оказываемый физическим воздействием струй и факелов топлива на продукты горения, приводит к относительной активизации процессов окисления в конечной фазе сгорания, с относительным повышением скорости тепловыделения на участке (Ж), с началом относительного повышения скорости сгорания, смещенным относительно фазы (Е) в направлении вращения коленчатого вала на угол (И), равный 8÷10°. В результате более полного окисления продуктов сгорания снижается содержание в отработанных газах окиси углерода, углеводов и дыма.
В таблице приведены значения удельного расхода топлива и содержание выбросов оксидов азота, окиси углерода, углеводородов и дыма, характерные для режима полной мощности среднеоборотного двигателя внутреннего сгорания с цилиндровой мощностью 200 кВт, при трех проиллюстрированных на чертеже способах работы двигателя.
| Наименование, обозначение и размерность параметров процесса сгорания | Способы работы ДВС. (Режим полной мощности) | ||
| С впрыском в одну фазу (вариант «а») | С двухфазным впрыском с первой пилотной фазой (вариант «б») | Согласно настоящему изобретению (вариант «в») | |
| Удельный расход топлива (ge), г/кВт·ч | 202,50 | 212,80 | 202,40 |
| Выбросы оксидов азота (NOx), г/кВт·ч | 9,71 | 8,46 | 8,51 |
| Выбросы окиси углерода (СО), г/кВт·ч | 5,12 | 4,89 | 1,36 |
| Выбросы углеводородов (СН), г/кВт·ч | 0,85 | 0,71 | 0,62 |
| Содержание дыма, ед. BOSCH (БОШ) | 0,20 | 0,6 | 0,16 |
Как видно из приведенных в таблице данных, при способе работы двигателя согласно настоящему изобретению (вариант «в») выбросы окиси углерода, углеводородов и дыма ниже, чем при способе с двухфазной подачей и пилотным впрыском (вариант «б»), а относительно способа с впрыском в одну фазу (вариант «а»), кроме того, ниже и выбросы оксидов азота. При этом, в отличие от способа с двухфазной подачей и пилотным впрыском, при способе работы двигателя согласно настоящему изобретению снижение выбросов вредных веществ обеспечивается без ухудшения расхода топлива относительно, например, способа работы двигателя с впрыском в одну фазу.
Способ работы двигателя внутреннего сгорания с объемным смесеобразованием и воспламенением от сжатия, включающий двухфазную подачу топлива и его воспламенение, отличающийся тем, что снижение содержания оксидов азота, окиси углерода, углеводородов и дыма в отработавших газах двигателя, по крайней мере, в ограниченной области режимов его работы, обеспечивается такой организацией двухфазного впрыска топлива, при которой первая порция топлива составляет 90-92% цикловой подачи и впрыскивается в такой фазе поворота коленчатого вала, которая в сочетании с количеством впрыскиваемого топлива обеспечивает достижение максимальной скорости горения в фазе, соответствующей 15-18° поворота коленчатого вала за верхнюю мертвую точку, а вторая фаза впрыска, составляющая 8-10% цикловой подачи, с началом впрыска, смещенным относительно фазы, соответствующей максимальной скорости горения, на 6-8° поворота коленчатого вала в направлении его вращения, обеспечивает относительное повышение скорости горения в фазе процесса горения, смещенной относительно фазы с максимальной скоростью в направлении вращения коленчатого вала на 8-10° его поворота.
